全自动洗衣机控制系统的设计

目 录

摘 要 .................................................................................................................................... Ⅰ ABSTRACT .................................................................................................................................. Ⅱ 第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1 1.1 本课题研究的背景 .......................................................................................................... 1 1.2 洗衣机的发展和分类 ...................................................................................................... 1 1.3 本课题的研究目的和意义 .............................................................................................. 3 1.4 设计指标 .......................................................................................................................... 3 1.5 本课题的主要研究内容 .................................................................................................. 4 第2章 设计方案 ...................................................................................................................... 5 2.1 洗衣机控制系统设计思路与原理 .................................................................................. 5 2.2 系统设计方案的选择 ...................................................................................................... 5 2.2 系统设计方案的论证分析 .............................................................................................. 7 第3章 硬件设计 ...................................................................................................................... 8 3.1洗衣机的整体电路模块 ................................................................................................... 8 3.2 电源电路 .......................................................................................................................... 8 3.3 数字控制电路 .................................................................................................................. 9 3.3.1 AT89S51单片机主控模块 ............................................................................................ 9 3.3.2单片机的时钟电路 ...................................................................................................... 12 3.3.3 单片机的复位电路 ................................................................................................. 12 3.3.4显示电路 .................................................................................................................. 14 3.3.5键盘电路 .................................................................................................................. 15 3.3.6 报警电路 ................................................................................................................. 16 3.4 机械控制电路 ................................................................................................................ 16 3.4.1电动机控制电路 ...................................................................................................... 16 3.4.2 水位控制电路 ......................................................................................................... 17 3.4.3进水/排水电磁阀控制电路 ..................................................................................... 18 第4章 软件设计 .................................................................................................................... 19 4.1 主程序设计 .................................................................................................................... 19 4.1.1 进水程序设计 ............................................................................................................................. 20 4.1.2 洗涤过程程序设计 ................................................................................................................... 20 4.1.3 脱水过程程序设计 ..................................................................................................... 22 4.2 外部中断设计 ................................................................................................................ 22 第5章 调试 ............................................................................................................................ 24 5.1 硬件调试 ........................................................................................................................ 24 5.2 软件调试 ........................................................................................................................ 24

结论与展望 .............................................................................................................................. 26 致 谢 .................................................................................................................................. 28 参考文献 .................................................................................................................................. 29 附 录A：系统总图 ................................................................................................................. 30 附 录B：外文文献及译文 ..................................................................................................... 31 附 录C：主要参考文献及摘要 ............................................................................................. 38 附 录D：程序清单 ................................................................................................................. 40

插图清单：

图2.1 洗衣机整体设计框图一......................................................………………………….. 6 图2.1 洗衣机整体设计框图二......................................................………………………….. 7 图3.1 电源电路图…………….........………………...……………………………………….9 图3.2 内部数据存储器 …………………………………………….....…….....…………11 图3.3 时钟电路…………………………………………………….....….....…....……….12 图 3.4 手动复位电路............................................................................................................13 图 3.5 七段数码管动态显示电路图................................................................................14 图 3.6 发光二极管显示电路图…………..............................................................15 图 3.7 矩阵键盘电路图........................................................................................................15 图 3.8 报警电路图..........................................................................................................16 图 3.9 电动机正反转电路图..................................................................................................17 图 3.10水位检测电路图..........................................................................................................17 图 3.11 水阀控制电路图........................................................................................................18 图 4.1 主程序流程图……………………………………………………………………......19 图 4.2 进水程序流程图…………………………………………………………………......20 图 4.3 洗涤过程程序流程图……………………………….....…….....…………………....21 图4.4脱水程序流程图………………………….....……….....…………………..22 图4.5 外部中断0程序流程图……………………………………….....….....…………..23 图4.6 外部中断1程序流程图………………………….....……….....…………………..23

摘 要

随着数字技术的快速发展，数字技术被广泛应用于智能控制的领域中。单片机以体积小、功能全、价格低廉、开发方便的优势得到了许多电子系统设计者的青睐。它适合于实时控制，可构成工业控制器、智能仪表、智能接口、智能武器装置以及通用测控单元等。

基于AT89S51 单片机的洗衣控制系统, 控制面板由按键、指示灯和LED显示器、温度传感器组成。按键选择洗衣机工作方式, 指示灯配合按键工作, LED 显示器则显示洗衣机涤和脱水时间。洗衣机的整体电路模块包括键盘矩阵、指示灯、电动机控制及电源电路。控制程序设计包括定时中断服务程序、外中断服务程序及主程序。

本系统的电路并不复杂，给AT89S51单片机载入软件程序后能够实现全自动洗衣机的基本功能。虽然不能与电器市场上的洗衣机控制系统媲美但也具有一定的实用性。 关键词：单片机；全自动洗衣机；实时控制；控制系统

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Abstract

With its rapid development,digital technology is widely used in the field of control system. Single chip microcontroller is favored by many electronic system designers for its smallness, full function, low price and easy application. It’s pretty fit for real-time control as a core in industrial controller, intelligent apparatus, intelligent interface, intelligent weapon device, universal measure control unit, etc.

Washing machine control system based on singlechip AT89S51, the control panel is composed by keys, indicating lamps and LED.The keys select the ways of working, the indicating lamps cooperate the work of the keys.The LED monitor shows the time of washing and dehydration.The circuit of washing machine includes keyboard matrix,indicating lamp, motor control and power circuit.The control program includes timing interrupt service program, external interrupt service program and main program.

After downloading the program to AT89S51, this circuit can realize basic functions of full-automatic washing machine. It seems hard for this control system to compare with perfect ones in the electrical appliance market, but it has certain practicability.

Key words: washing machine control system;AT89S51 Microcomputer; control program

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第1章 绪论

1.1 本课题研究的背景

洗衣机是人们日常生活中的一种常用家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器，在工业生产中也应用广泛。目前中国洗衣机市场正进入更新换代时期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高。目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平能够提出更多好的建议和新的课题将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容大多洗衣机的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由单片机控制实现的，单片机的体积小控制功能灵活，因此设计出基于单片机的洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。

1.2 洗衣机的发展和分类

自19世纪中叶美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世标志着揉家务劳动自动化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式洗衣机三足鼎立天下的局面。

20世纪60年代以后洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。70年代末生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。80年代后“模糊控制”开始应用于洗衣机生产出智能型模糊控制洗衣机使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进入90年代由于电机调速技术的提高实现了洗衣机宽范围大调速比的转速变换与调节诞生了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初变频洗衣机问世使洗衣机的功能更具人性化，实现了真正意义上的智能化控制。

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在中国洗衣机工业起步于20世纪70年代后期当时洗衣机工业发展缓慢。进入全面改革开放的80年代经济的发展人民生活水平的提高使洗衣机进入家庭的速度加快。1981年以前国产洗衣机以波轮单桶洗衣机为主。1982年以后才先后生产出波轮式双桶洗衣机、滚筒洗衣机、波轮式全自动洗衣机、超薄型滚筒洗衣机、变频洗衣机和搅拌式洗衣机形成了较为完善的洗衣机开发生产体系。

从20世纪90年代末期我国的洗衣机的总质量水平呈下降趋势，1997年、1998年、1999年的国家质量抽查的合格率均为96%以上，2002年、2003年的合格率分别为82%、81%，而不合格项目占80%以上，为产品性能不合格，所以说目前我国家用电动洗衣机产品的整体质量只相当于国外20世纪90年代的水平，本来与外国先进水平缩小的差距又拉大了。

洗衣机的种类可以按自动化程度、洗涤方式和结构形式三方面来划分，下面介绍按自动化程度和结构形式划分的情况。 （1）按自动化程度划分

普通型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能都需要人工进行转换才能完成的机型。 半自动型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能中的任意两个功能之间的转换不需要人工协助就能自动完成的机型。

全自动型洗衣机：指洗涤、漂洗和脱水三个功能之间的转换均不需要人工协助就能自动完成的机型。 （2）按结构形式划分 ①波轮式洗衣机

普通水流波轮式洗衣机的特点：波轮式洗衣机设有一个立式洗涤桶在洗涤桶的底部装有波轮。在电动机的驱动下波轮作间歇性正、反向运转使桶内洗涤液形成涡流故又名涡流式洗衣机。这种洗衣机具有结构简单、洗涤时间短、洗净率高以及重量轻等优点在亚洲等发展中国家普及率较高。 ②滚筒式洗衣机

滚筒式洗衣机为套桶结构，内桶是圆柱形卧置的滚筒筒壁，设有3～4条凸棱筒壁开有许多小孔滚筒，一般是由不锈钢材料制成，筒上设有一可开启的弧形盖洗涤物，由此放入洗涤筒。

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在洗涤过程中电动机带动转筒以50～60r/min的低速运转由凸棱不断将浸沉在洗涤液中的衣物捞起，当滚筒运转带动衣物达到一定高度时衣物在自身重力的作用下摔落回洗涤液中。如此循环其洗涤动作与原理同人工洗涤衣物相似。 ③搅拌式洗衣机

搅拌式洗衣机是在立式洗涤桶的正中央设置一根垂直立轴在轴上有搅拌翼（摆动叶）。电机通过传动装置带动搅拌翼作180°的正反摆动约每分钟摆动40～50次。衣物在洗涤液中不断被搅动从而达到洗涤目的。

搅拌式洗衣机的洗涤容量大洗涤均匀性好衣物磨搞和缠绕低；但洗涤时间长结构复杂售价高。搅拌式洗衣机以美国为主要生产使用国家所以被称为美国式洗衣机。

1.3 本课题的研究目的和意义

洗衣机是现代人必备的日常生活家电。它的发明和应用使人们的洗衣工作变得省时又省力，很好地缓解了人们在家务劳动方面的压力。而在家电市场竞争日益激烈和利润下降的今天各大家电生产厂商均致力于开发出能满足用户各种要求的家电产品并努力降低生产成本以增强竞争力。作为家电市场中的重要成员洗衣机的市场竞争更是趋于白炽化。

通过设计培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力、创新意识和创新能力，学到包括理论综合、实验分析与调试、文献查阅、计算机应用、文字表达和外语应用等基本技能，为走上工作岗位后的专业应用打下坚实的基础。

对基于单片机的洗衣机控制系统设计进行深入研究可使我们掌握洗衣机这种重要家电的工作原理和控制系统，进一步了解单片机在不同领域的应用方法学会维修洗衣机的基本技术同时也为将来从事电子信息行业打下一定基础，所以本题课具有重大的意义。

1.4 设计指标

设计全自动洗衣机控制系统的技术指标如下。 1、洗衣机可以实现正常运行和强制停止两种工作模式。

2、采用键盘设置强弱洗、洗衣次数、洗衣时间、脱水时间工作模式。

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3、显示洗衣剩余时间和脱水剩余时间及洗衣机的工作状态。 4、故障发生或洗衣过程结束，可以及时报警。

1.5 本课题的主要研究内容

本课题主要是根据自己在现实生活中的调研以及查找相关信息资料，了解智能洗衣机控制系统在现实生活中的应用程度，通过不同的设计方案找出最合适的设计方案。 详细分析课题任务，对单片机在全自动洗衣机的应用这方面进行深入的研究，结合所学的知识根据课题任务设计出实现全自动洗衣机的硬件原理图和软件程序，达到设计的要求。

本课题主要研究内容如下：

1、选择并论证全自动洗衣机的设计方案。 1、设计全自动洗衣机控制系统的总体功能。 2、设计全自动洗衣机控制系统的硬件模块。

3、设计全自动洗衣机控制系统的软件流程及程序编程。 4、实现全自动洗衣机控制系统的设计指标。

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第2章 设计方案

在家电全面普及应用的今天洗衣机的控制系统应该具有操作简单、功能完善的特点。作为一款功能完善的洗衣机除了要具有洗净率高、衣物磨损率低的特点外用户还可以根据实际情况设置洗涤时间、漂洗次数、脱水时间这些参数。

2.1 洗衣机控制系统设计思路与原理

基于单片机洗衣机通过控制系统设定洗衣程序在内桶（洗涤脱水桶）自动完成注水、洗涤、漂洗、浸泡、排水和脱水全过程。洗衣时控制系统打开进水电磁阀开始注水；当洗涤脱水桶内的水位达到系统设定值时水位检测器向单片机发送一个低电平通知控制系统关闭进水电磁阀同时启动电机洗衣。电机在系统的控制下进行正转、停、反转通过传动机构带动波轮执行洗涤程序；当洗涤时间终了控制系统切断电机电路打开排水电磁阀开始排水；然后再次注水，洗衣机进入漂洗状态完成漂洗程序（通常为2次漂洗）再注水进行浸泡；浸泡完开始排水同时排水电磁铁的动作带动减速离合器制动臂使离合器棘轮与棘爪分离制动带松开为脱水程序作好准备；排水结束后系统控制电机单方向高速运转完成脱水程序；当脱水程序终了系统控制排水电磁铁和电机断电，排水阀和减速离合器的制动臂复位同时蜂鸣器奏响音乐通知用户整个洗衣程序结束。

2.2 系统设计方案的选择

方案一：

1）硬件组成：AT89CS1单片机、4LS138译码器、交流电动机、两位共阴极数码管、2X2矩阵键盘、蜂鸣器、LED指示灯、水位传感器、洗衣机构架、滚筒及连接线路等。 2）工作原理：以AT89S51单片机为核心设计了洗衣机控制系统。本系统实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制包括用户参数输入、洗衣、脱水和结束演奏四个阶段。控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压为电动机提供220V市电；数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程主要由AT89S51单片机、74LS138译码器、与门、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、

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进水、排水等功能主要有水位检测器、电动机、进水排水电磁阀组成。 3）系统原理图

电 机 单 片 机 主 控 系 统 LED显示 显示灯 水位检测机构 蜂鸣器 电 源 键盘

图2.1 洗衣机整体设计框图一

方案二：

1）硬件组成：可编程控制器（西门子）、按钮、继电器、开关、变频器、交流电动机、进水电磁阀、出水电磁阀等

2）工作原理：以S7-200 PLC为核心设计了洗衣机控制系统。洗衣机的进水排水分别由进水电磁阀和出水电磁阀来执行，洗涤的强弱选择有电动机的正反转来控制，高低水位开关分别检测高、低水位，启动停止按钮实现手动控制洗衣机的启动与停止。 3）系统原理图

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图2.2 洗衣机整体设计框图二

2.2 系统设计方案的论证分析

1）单片机，它体积小、质量轻、使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能；电路设计简单，使用方便，为学习、应用和开发提供了便利条件，且市场价格比较便宜、对于本洗衣机控制系统完全能满足要求。

2）从成本投资来考虑，方案二投资成本大，方案一投资成本低。前者所占用的空间也比后者大

3）方案二是采用向系统输入程序来完成操作要求，可以根据不同的要求编写不同的程序。单片机的编程与PLC的编程，个人觉得前者容易得多，也比较简单。 最终方案确定：鉴于实际情况，经过深入比较，我们选用方案一较为妥当

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第3章 硬件设计

3.1洗衣机的整体电路模块

该电路的主要组成部件由AT89S51单片机、74LS138译码器、与门、指示灯、水位检测机构、电动机、蜂鸣器、电控水龙头、LED显示器、以及4只按键组成。水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆等组成。玻璃管与洗衣机相连，玻璃管中的水位就是洗衣桶内的水位，在放水或进水的过程中浮子带动金属管上下移动，当水位处于最高点或最低点时金属滑杆都与金属地相连致使引脚INT1处于低电平向CPU申请中断否则INT1被上拉电阻上拉为高电平。74LS138的输入端分别接AT89S51单片机的P1.2、P1.3、P1.4，输出端Y0控制“洗衣剩余时间”指示灯，Y1控制“脱水剩余时间”指示灯，Y2控制“强洗”指示灯，Y3控制“弱洗”指示灯，Y4控制“洗涤次数”指示灯，Y5控制“洗衣定时”指示灯，Y6控制“脱水定时”指示灯。电动机有两个控制端一段控制电机正向运转该端与P1.0相连，另一端控制电机反向运转该端与P1.1相连。电控水龙头共两只一只为进水龙头受P3.0控制，另一只为出水龙头受P3.1控制，当电控水龙头的控制端为“1”时水龙头打开，当电控水龙头的控制端为“0”时水龙头关闭。显示器共有两只P0控制高位显示器，P2控制低位显示器。按键四只分别为“编程选择”、“增”、“减”和“启动键”这四只键组成的2*2键的矩阵式键盘，该键盘使用引脚INT0向CPU申请中断，P3.5和P3.4为该键盘的行输出，P3.6和P3.7为该键盘的列输入。蜂鸣器由P1.7控制,当P1.7输出为“1”时蜂鸣器发声。本系统采用12M的晶体振荡器定时器0和定时器1的初始值设置为每隔100us产生一次中断。

3.2 电源电路

系统电源部分电气原理图如图3-1[2]所示。市电220V 经过变压器T 变压为12V 交流电压 通过4只二极管1N4004 全桥整流 再经过电容C 滤波后得到光滑的直流电压 经过三端稳压7805 稳压后得到稳定的+5V 电压给各器件供电。

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图3.1 电源电路图

3.3 数字控制电路

3.3.1 AT89S51单片机主控模块

（1）单片机概述

单片机又称微控制器或称嵌入式控制器。而现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的所以家用电器是单片机应用最多的领域之一。它是家用电器实现智能化的心脏和大脑。

由于家用电器体积小故要求其控制器体积更小以便能嵌入其结构之中。而家用电器品种多功能差异也大所以又要求其控制器有灵活的控制功能。单片机以微小的体积和编程的灵活性而产生多种控制功能完全可以满足家用电器的需求。

单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域是计算机技术和电子技术的综合性应用在不同应用场合其技术要求各不相同，因此设计方法和研制的步骤不完全一样。

单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合。软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中它们的设计不能完全分开二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段它们有时交叉进行。

单片机是现代电子设计中使用最广泛的电子元件。它的价格低廉功能强大体积小性能稳定。目前在各类产品中都能看到单片机的身影如门铃、报警器、玩具以及各类数据采集系统等。

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（2）AT89S51芯片的特点

AT89S51[3]是美国ATMEL公司生产的底功耗高性能CMOS8位单片机片内含4k bytes

的可系统编程的Flash，只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度`非易失性存储技术产生兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于芯片中，ATMEL公司的功能强大底价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域 主要性能参数：

与MCS-51产品指令系统完全兼容

4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器 1000次檫写周期

全静态工作模式：0Hz-33M Hz 三级程序加密锁 128*8字节内部RAM 32个可编程I/O线 2个16位定时/计数器 6个中断源

AT89S51单片机作为控制部件. 该型号单片机一共有40个引脚有双脚直插式和方形封装方式可用于不同的场合。本次采用的是双列直插式，下面对这些引脚的功能加以说明。 1）I/O口线

P0口——8位、漏极开路的双向I/O口。 P1口——8位、准双向I/O口具有内部上拉电阻。 P2口——8位、准双向I/O口具有内部上拉电阻。

P3口——8位、准双向I/O口具有内部上拉电阻。P3口还具有第二功能第二功能见表3.1。 2）控制信号线

RST——复位输入信号高电平有效。

EA/Vpp——外部程序存储器访问允许信号/编程电压输入端。

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PSEN——片外程序存储器读选通信号低电平有效。 ALE/PROG——低字节地址锁存信号/编程脉冲输入端。 3）电源和外部晶振引脚

Vcc——电源电压输入引脚。

GND——电源地。

XTAL1、XTAL2——外部晶振引脚。

以上就是关于本设计中用的单片机AT89S51的特性、引脚功能的简单介绍。

表3.1 P3口的第二功能表[4]

引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 替代功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 说明 串行数据接受 串行数据发送 外部中断0申请 外部中断1申请 定时器0外部事件计数输入 定时器1外部事件计数输入 外部RAM写选通 外部RAM读选通 4）存储器的分配

AT89S51的内部共有256[5]个数据存储器单元，通常把这256个单元按其功能划分为两部分：低128单元和高128单元。

其中内部数据存储器的分配情况如图3.2

FFH

80H 7F

30H

2FH

20H

1FH

10H

特殊功能 寄存器 数据 缓冲区 位寻址区 128位 工作寄存器区 4组R0-R7 图3.2 内部数据存储器

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3.3.2单片机的时钟电路

时钟电路[6]用于产生单片机工作所需的时钟信号，单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按规定时序工作。单片机内含振荡器电路但晶体振荡器和电容在片外由引脚XTAL1和XTAL2接入片内。XTAL1为振荡器反相放大器和时钟发生电路的输入，XTAL2为反相放大器的输出。

使用片内振荡器时片外振荡源和电容与XTAL1和XTAL2的接法如图3.3所示。当使用晶体谐振器时C1、C2=（30?10）pF，当使用陶瓷谐振器时C1、C2=（40?10）pF。C1和C2虽然没有严格的要求但电容的大小影响振荡器电路的稳定性和快速性通常选在20pF到30pF。

3.3时钟电路图图

3.3.3 单片机的复位电路

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境也需要按复位键以重新启动。

在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期高电平，12时钟模式为24个振荡器周期，6时钟模式为12振荡器周期可实现复位，为了保证上电复位的可靠RST保持高电平的时间至少为振荡器启动时间，通常为几个毫秒再加上两个机器周期，复位后振

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荡器以12时钟模式运行，当已通过并行编程器设置为6时钟模式时除外。

单片机的复位电路有上电复位和手动按钮复位两种形式，RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号称为手动按钮复位。图3-4为兼有上电复位与按钮复位的电路。图中上电瞬间RST端的电位与Vcc相同随着电容充电电流的减小，+5V立即加到了RST/VPD端该高电平使8051复位。 若运行过程中需要程序从头开始执行这只需按图3-4中的按钮即可。按下按钮则直接把+5V加到了RST/VPD端从而复位这称为手动复位。

在实际应用系统中有些外围芯片也需要复位，如果这些复位端的复位电平要求与单片机的要求一致则可以与之相连。 单片机复位后P0—P3四个并行接口全为高电平其它寄存器全部清零只有SBUF寄存器状态不确定。

通过MCS-51单片机的复位引脚RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平即可使器件复位，只要RST一直保持高电平那么CPU就一直处于复位状态。当RST由高变低后复位结束，CPU从初始状态开始工作。单片机的复位都是靠外部电路实现的，手动按键复位如图3.4所示。

在本次设计中采用手动复位

图3.4 手动复位电路图

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3.3.4显示电路

（1） LED显示的基本原理

点亮显示器的方法有静态和动态两种。在设计中选用动态显示。所谓动态显示就是轮流点亮各位显示器该方法只需一个6位段码输出口和一个6位扫描输出口（显示位数小于6位时）后者的作用是依次接通各位LED。动态显示需要较大的驱动电流故在输出口之后尚需加接驱动器。显示器的亮度既同驱动电流有关也同点亮时间与间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数可实现亮度较高且较稳定的显示。

LED显示原理：通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成因此也称为七段LED显示器。此外显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示）用以表示小数点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合可以显示多种数字、字母以及其它符号，其显示电路如下图3.5所示。

图3.5 七段数码管动态显示电路图

在总图中74LS138的输入端C、B、A分别接单片机的P1.3、P1.4、P1.5，输出端Y0、Y1、Y2、Y3、、Y4、Y5、Y6分别与7个发光二极管的阴极相连，发光二极管的阳极接电源。

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74138的输出端Y0控制“洗衣剩余时间”指示灯，Y1控制“脱水剩余时间”指示灯，Y2控制“强洗”指示灯，Y3控制“弱洗”指示灯，Y4控制“洗涤次数”指示灯，Y5控制“洗衣时间”指示灯，Y6控制“脱水时间”指示灯。LED7~LED8分别用来指示排水、进水两种状态。LED9用来显示电机运行状态。其显示电路如下图3.6所示。

图3.6 发光二极管显示电路图

3.3.5键盘电路

如总图所示键盘由4只按键组成2X2矩阵键盘，四只按键用于洗衣机的工作方式，选择指示灯配合按键工作。该键盘使用引脚INT0向CPU申请中断，P3.5和P3.4为该键盘的行输出，P3.6和P3.7为该键盘的列输入，其电路图如图3.6所示。

图3.7 矩阵键盘电路图

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3.3.6 报警电路

通过CPU 的P1.7输出高电平来控制蜂鸣器报警。电路图如下图所示。

图3.8 报警电路图

3.4 机械控制电路

3.4.1电动机控制电路

电动机控制部分电气原理图如总图所示。电动机有两个控制端，一端控制正向运转该端与P1.0相连，另一端控制反向运转该端与P1.1相连。

系统供电时交流220V电压经过双向可控硅加在电动机的两个控制端，可控硅的控制端由单片机的P1.0、P1.1控制，当洗衣机接到“强洗”指令时P1.0输出高电平经过双向可控硅使双向可控硅TR1导通电机正向旋转。

当洗衣机接到“弱洗”指令时P1.1输出 高电平经过双向可控硅使双向可控硅TR2导通电机反向旋转。在整个洗衣过程中程序会不断判断洗衣机的强弱洗模式从而不断调整电机转动方向。电路图如下图3.9所示

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图3.9 电动机正反转电路图

3.4.2 水位控制电路

如下图3.10所示水位检测机构由玻璃管、浮子、金属滑杆等组成。玻璃管与洗衣机相连玻璃管中的水位就是洗衣桶内的水位，在放水或进水的过程中浮子带动金属管上下移动，当水位处于最高点或最低点时，金属滑杆都与金属地相连致使引脚INT1处于低电平，向CPU申请中断否则INT1被上拉电阻上拉为高电平。

图3.10 水位检测电路图

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3.4.3进水/排水电磁阀控制电路

如下图3.11所示，排水进水阀即电控水龙头共两只，一只为进水龙头受P3.0控制，另一只为出水龙头受P3.1控制，当电控水龙头的控制端为“1”时水龙头打开，当电控水龙头的控制端为“0”时水龙头关闭。

图3.11 水阀控制电路图

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第4章 软件设计

4.1 主程序设计

根据硬件设计要求控制主程序流程图如图4.1所示。洗衣机通电之后单片机上电首先进行程序的初始化包括定时器0、外部中断0、外部中断1的初始化以及各参数初值的设定。默认洗衣强度为“标准洗”漂洗次数3次。然后扫描按键的状态确定洗衣强度R2、洗衣时间R3和漂洗次数R4。洗衣机处于待命状态控制指示灯显示洗衣强度，数码管LED1和LED2显示预设洗衣时间。当发现启动键按下洗衣机从待命状态进入工作状态。完成进水、洗涤、脱水、漂洗的循环过程。当洗衣结束时控制蜂鸣器发声。

开始 初始化

查询洗衣强度R2的值

查询洗衣时间R3的值

查询洗衣次数R4的值 Y N 启动？

Y

进水程序 洗涤程序

N 脱水程序

Y

报警？ 结 束 图4.1 主程序流程图

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4.1.1 进水程序设计

当P3.1=1时打开进水电磁阀开始进水。当水位到达要求时，向CPU申请中断，中断允许后关闭进水电磁阀（P3.1=0），进水结束程序流程图如图4.2所示；

启动键按下 打开进水阀门 水位检测中断 1允许 N 是否 中断？

Y

N 是否 水满？ Y 关闭进水阀门 图4.2 进水结束程序流程图

4.1.2 洗涤过程程序设计

根据R2的值确定洗衣强度，根据洗衣时间R3及洗衣次数R4确定洗衣定时时间。 程序流程图如图4.3所示：

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启动洗衣定时器 洗衣开始 洗衣定时时 间？ N Y 打开出水阀门 水位检测中断0允许？ Y 是否 中断？ Y 水是否 放空？ Y N N 关闭出水阀门 R4=0? 脱水程序 图4.3 洗涤过程程序流程图

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4.1.3 脱水过程程序设计

脱水前先打开排水阀排水。然后启动电动机脱水，设定脱水定时器时间，并保持排水阀开启，然后停止脱水。然后判断脱水时间是否结束，若剩余脱水时间为0则开蜂鸣器提醒洗衣结束，系统返回初始待命状态；若脱水没有结束则跳回继续执行脱水程序。程序流程图如图4.4所示。 开始脱水

启动脱水定时器

N 脱水时间 到否?

Y 关闭电动机

蜂鸣器5声

初始待命状态 图4.4 脱水程序流程图

4.2 外部中断设计

为了防止外部电压过高或过低对洗衣机的电器及控制硬件产生破坏用外部中断0进行保护如图4.5所示。当电压过高或过低时引起外部中断0，洗衣机停止一切动作进入保护状态。

用外部中断1来实现洗衣过程停止工作。在洗衣过程中当暂停键按下时引起外部中断1转入中断处理程序。中断1处理程序将使洗衣机停止工作并将停止前的状态存储起来。当按下启动键时洗衣机又恢复工作。程序设计流程图如图4.6所示。

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中断入口

关电动机 报警5S 中断返回 图4.5 外部中断0程序流程图

中断入口 相关寄存器进栈

N 暂停否？

Y 相关寄存器出栈 置外部中断控制字 中断返回 图4.6 外部中断1程序流程图

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第5章 调试

5.1 硬件调试

单片机应用系统的软硬件调试是分不开的通常是先排除明显的硬件故障后再和软件结合起来进行调试。常见的硬件故障有逻辑错误、元器件失效、可靠性差和电源故障等。在进行硬件调试时先进行静态调试用万用表等工具在样机加电前根据原理图和装配图仔细检查线路核对元器件的型号、规格和安装是否正确。然后加电检查各点电位是否正常。接下来再借助仿真器进行联机调试分别测试扩展的RAM、I/O口、I/O设备、程序存储器以及晶振和复位电路改正其中的错误。

第一步：在没通电之前先用万用表检查线路的正确性并核对元器件的型号、规格是否符合要求。特别注意电源的正负极以及电源之间是否有短路并重点检查地址总线、数据总线、控制总线是否存在相互间的短路或其他信号线的短路。晶体振荡器和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容更好保证振荡器稳定和可靠地工作。在本系统中我们都进行了仔细的检查，所以此步骤不会发生故障，这一步如果检查不仔细通电后可能会造成不可想象的后果，所以这一步也至关重要。

第二步：通电后检查各器件引脚的电位仔细测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机的插座上的各点电位，若有高压将有可能损坏单片机仿真器。同样如果电压过低就没有能力驱动其负载。

第三步：在断电的情况下除单片机以外用仿真插头将所连接电路与单片机仿真器的仿真接口相连，为软件调试做好准备。

5.2 软件调试

软件调试就是检查系统软件中的错误。常见的软件错误有程序失控、中断错误（不响应中断或循环响应中断）、输入/输出错误和处理结果错误等类型。要把各个程序模块分别进行调试，调试通过后再组合到一起进行综合调试达到预定的功能技术指标后即可将软件固化。系统的调试过程要结合具体的仿真器进行。

该系统的软件调试是把程序输入单片机，然后连接单片机仿真器进行模拟调试，在

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调试时程序应该以模块的形式进行调试，这样可以方便解决软件的问题，进行及时修改最后再将调试好的小段程序连接在一起进行整体调试，当整个程序都没错误时软件调试已经成功。程序调试中出现的问题及解决的办法：

1．程序调试时若发现无法运行出结果应首先检查各个子程序是否有错误，如有错要改正，如果没有错误应检查单片机与仿真器的连接是否有问题。

2．程序中的跳转指令的运用很重要，为保险起见都用LJMP，我们就遇到过跳转指令用错，程序无法正常运行的现象。当用JNZ指令时跳转范围比较少，这时要用一个标号中转。

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结论与展望

经过一个学期的时间完成了基于单片机的洗衣机控制系统的设计，本系统是基于单片机及其接口技术、计算机技术、微电子技术综合应用的设计。实现了对洗衣机整个洗衣过程的控制包括用户参数输入、洗衣、脱水和结束演奏四个阶段。控制系统主要由电源电路、数字控制电路和机械控制电路三大模块构成。电源电路为数字控制电路提供稳定的5V直流电压为电动机提供220V市电；数字控制电路负责控制洗衣机的工作过程主要由AT89S51单片机、74LS138译码器、与门、两位共阴数码管、按键、蜂鸣器、LED指示灯组成；机械控制电路实现水位检测、电机驱动、进水、排水等功能主要有水位检测器、电动机、进水排水电磁阀组成。在系统设计中查阅了大量相关的中文和外文资料以及各芯片的厂家技术资料手册借鉴了很多前人成熟的经验。

通过本次设计可以总结出：首先单片机的广泛应用使现在的电子产品设计越来越方便功能越来越好集成度也越来越高。通过对单片机的重新编程可以很方便改变洗衣机的功能。其次单片机和微电子等技术是密切相关的，它们如何应用将直接对设计结果产生影响，应用不同的元器件和设计方法可以使洗衣机的设计结果截然不同，洗衣机的性能也将有差别。同时在本设计中应用的元器件都是集成的特别是单片机的应用使该设计只要稍加修改就可以很方便的开发出其它基于单片机的洗衣机控制系统。

从本次设计也可以初步预测到以后洗衣机的发展状况：

首先随着很多性能更好新材料的应用、设计方法的不断完善、大规模集成电路的发展以及驱动技术的进步，洗衣机的发展会很快，系统性能更稳定、精度更高而且功能也更多性价比更高。

其次随着显示器件如液晶显示器件性能的拓宽传统的洗衣机形式也将演变成更人性化的方式。

最后未来洗衣机的功能将会大大的拓展。使用单片机以软件方式驱动芯片不但可以通过改变编程方法实现不同的功能而且还可以方便灵活地控制时间的运行状态以满足不同用户的要求。洗衣机的功能使用软件方法进行设计这样既简化了电路也降低了成本。

总结几个月来的设计体会如下：

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首先任何工作都是与人打交道，毕业设计也不例外这就需要我们充分的利用好彼此的力量充分的协作针对设计中出现的问题站在不同的角度分析问题汇结大家的意见最终达成一致发挥了团队精神。

其次对待任何工作责任心是必要的；这次毕业设计的体会我收获至深。然更重要的是在责任心的驱使下又该采用何种方法完成，采用何种方法更省时省力解决问题的方案。很多永远坚信“方法总比困难多”我想首先分析任务本身就拿毕业设计来说课题有了关键是何处着手。何时何地查找相关资料等等寻找突破口充分的解决好问题。

再次遇到不懂的问题及时请教老师抓紧设计的每分每秒需要调整和改变的地方及时做出改动而不能墨守成规做人也是同样的道理。

对于以上之粗浅体会进一步的总结和提高需要有更多的社会实践来提供，我也相信在不久的将来踏入社会之际，类似这样的毕业设计绝不在少数，只要我们努力学习、勇于实践、勤学好问我们就会懂得以前不明白或不十分明白的道理，就会很快地成长和成熟起来。我也相信凭着我自强不息勇于拼搏的精神定能很快适应类似设计的需要，适应这个多变的社会充分发挥长处朝我们的方向不断前进前进再前进！

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致 谢

时间匆匆流逝转眼间到了毕业答辩的时间此时的心情既紧张又兴奋，兴奋的是几个月的辛苦终于到了验收的时候了。紧张的是不知道毕业答辩会是什么样子到目前为止我依旧没有太多的把握只能全力以赴；对答辩充满好奇的同时我又有那么一点点的兴奋又有那么点退缩；回想几个月的设计过程还真怀念啊！虽说是苦了一点但苦中有甜啊其中查阅了大量的资料充实了自己的知识弥补了自己不足。平时总觉得自己已经懂得很多了一旦设计起来才发现自己其实还差的远实践才是最好的证明。

在几个月的设计过程中学到了许多东西不仅仅是毕业设计中的。也学到了不少其它的东西。设计中我们遇到不懂或不明白的地方。除了查阅相关资料，王老师也给了我们很多的指导在老师的指导下改进设计方案，为了一个问题苦苦思索，为一个问题的圆满解决而高兴，其中的困惑、苦恼、兴奋激动只有自己知道。或许开始的时候还有一些胆怯但当一切将要结束时又有一丝怀念。我明白了不去试过怎知道路的艰辛快乐。“朋友”我对自己说“加油啊！黑暗将被黎明所冲破。我们已经到了冲刺的时候了。”加油加油再加油！为了我们这四年的成果为了我们这几个月来的设计再加一把劲将胜利的果实尽最大可能全部收获。

时钟一天天的过去，答辩的日子一天天的来临，想着自己即将毕业又将踏入新而陌生的社会我丝毫不敢有半点怠慢，奋力拼搏是我向预定目标不断追求的体现。通过这大学四年中不算太长时间的毕业设计我深深的明白了这样一个道理：没有我们不懂的东西只是我们尚未去了解。

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参考文献

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[6] 王玉梅. 全自动洗衣机的模糊控制系统[J]. 潍坊学院学报, 2003, (6) .

[7] 潘元明. 国内外全自动洗衣机现状及发展方向. 家电大视野 . 2003, (11) [8] 文哲雄. PIC16F870在全自动洗衣机中的应用[J]. 电气自动化 , 2003, (04)

[9] 曾路.基于AT89C52单片机的洗衣机智能控制系统[M].应用设计，2006（11） [10] 郁有文,程继红.传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003，20-30

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附 录A：系统总图

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附 录B：外文文献及译文

英文文献： AT89S51

The monolithic integrated circuit widely applies to the trade: Such as digital electronic clock ,modem, motor control system, air conditioning control system, motorcar engine and other some domains. These monolithic integratedcircuits high speed processing speeds and the enhancement auxiliaryequipment set causes them to suit to this kind of high speed eventapplication situation. However, these key application domains alsorequest these monolithic integrated circuits to be highly reliable.The vigorous and healthy test environment and uses in to confirm theseregardless of or the system rank monolithic integrated circuitappropriate tool environment has guaranteed the redundant reliabilityand the low market risk in the Yuan part level. The Intel platformengineering department object-oriented developed one kind to use in toconfirm its AT89S51 automobile monolithic integrated circuitmultilinear form test environment. This kind of environment goal notonly is the AT89S51 automobile monolithic integrated circuit providesone kind of vigorous and healthy test environment, moreover willdevelop one kind to be able to be easy to expand and the repetitionuses for to confirm other several kind of future the monolithicintegrated circuit. Development this kind of environment has connectedAT89S51.

The monolithic connect with a microcomputer tightly.A microcomputer is a computer with a microprocessor as its central processing unit. Another general characteristic of these computers is that they occupy physically small amounts of space when compared to mainframe and minicomputers. Many microcomputers (when equipped with a keyboard and screen for input and output) are also personal computers (in the generic sense).[2][3]

The abbreviation \was common during the 1970s and 1980s,[4]but has now fallen out of common usage.

Most notably, the microcomputer replaced the many separate components that made up the minicomputer's CPU with a single integrated microprocessor chip.

The earliest models often sold as kits to be assembled by the user, and came with as little as 256 bytes of RAM, and no input/output devices other than indicator lights and switches.

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However, as microprocessors and semiconductor memory became less expensive from the early-to-mid-1970s onwards, microcomputers in turn grew faster and cheaper. This resulted in an explosion in their popularity during the late 1970s and early 1980s.

A large number of computer manufacturers packaged microcomputers for use in small business applications. By 1979, many companies such as Cromemco, Northstar,South West Technical Products, Ohio Scientific, Altos, Morrow Designs and others produced systems designed either for a resourceful end user or consulting firm to deliver business systems such as accounting, database management, and word processing to small businesses. This allowed businesses unable to afford leasing of a minicomputer or time-sharing service the opportunity to automate business functions,

without (usually) hiring a full-time staff to operate the computers. A representative system of this era would have used an S100 bus, an 8-bit processor such as a Z80, and either CP/M or MP/M operating system.

The increasing availability and power of desktop computers for personal use attracted the attention of more software developers. As time went on and the industry matured, the market for personal (micro)computers standardized around IBM PC compatibles running MS-DOS (and later Windows).

Modern desktop computers, video game consoles, laptops, tablet PCs, and many types of handheld devices, including mobile phones and pocket calculators, as well as industrial embedded systems, may all be considered examples of microcomputers according to the definition given above.

Although they contained no microprocessors but were built around TTL logic, Hewlett Packard Calculators as far back as 1968 had various levels of programmability such that they could be called microcomputers. The HP 9100B (1968) had rudimentary conditional (IF) statements, statement line numbers, Jump statements (Go to), registers that could be used as variables, and primitive subroutines. The programming language resembled Assembly language in many ways. Later models incrementally added more features, including the BASIC programming language (HP 9830A in 1971). Some models had tape storage and

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small printers. However, displays were limited to a single line at a time.[1] The HP 9100A was referred to as a personal computer in an advertisement in a 1968 Science magazine[5] but that advertisement was quickly dropped.[6] It is suspected[who?] that HP was reluctant to call them \because it would complicate government procurement and export procedures.[citation needed]

????The Datapoint 2200, made by CTC in 1970, is perhaps the best candidate for the title of \microcomputer\While it contains no microprocessor, it used the 4004 programming instruction set and its custom TTL logic was the basis for the Intel 8008, and for practical purposes the system behaves approximately as if it contains an 8008. This is because Intel was the contractor in charge of developing the Datapoint's CPU but ultimately CTC rejected the 8008 design because it needed 20 support chips.[7]

Another early system, the Kenbak-1, was released in 1971. Like the Datapoint 2200, it used discrete TTL logic instead of a microprocessor, but functioned like a microcomputer in most ways. It was marketed as an educational and hobbyist tool, but was not a commercial success; production ceased shortly after introduction.[2] Another system of note is the Micral-N, introduced in 1973 by a French company and powered by the 8008; it was the first microcomputer sold all assembled and not as a construction kit.

Virtually all early microcomputers were essentially boxes with lights and switches; one had to read and understand binary numbers and machine language to program and use them (the Datapoint 2200 was a striking exception, bearing a modern design based around a monitor, keyboard, and tape and disk drives). Of the early \of switches\microcomputers, the MITS Altair 8800 (1975) was arguably the most famous. Most of these simple, early microcomputers were sold as electronic kits--bags full of loose components which the buyer had to solder together before the system could be used.

The period from about 1971 to 1976 is sometimes called the first generation of microcomputers. These machines were for engineering development and hobbyist personal use. In 1975, the Processor Technology SOL-20 was designed, which consisted of a single board which included all the parts of the computer system. The SOL-20 had built-in EPROM

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software which elimated the need for rows of switches and lights. The MITS Altair just mentioned played an instrumental role in sparking significant hobbyist interest, which itself eventually led to the founding and success of many well-known personal computer hardware and software companies, such as Microsoft and Apple Computer. Although the Altair itself was only a mild commercial success, it helped spark a huge industry.

1977 saw the introduction of the second generation, known as home computers. These were considerably easier to use than their predecessors, whose operation often demanded thorough familiarity with practical electronics. The ability to connect to a monitor (screen) or TV set allowed for visual manipulation of text and numbers. The BASIC programming language, which was easier to learn and use than raw machine language, became a standard feature. These features were already common in minicomputers, which many hobbyists and early manufactures were familiar with.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bnm7.html